硬質(zhì)滑動部件的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及硬質(zhì)滑動部件的制造方法。
【背景技術】
[0002]以往，已知有為了使活塞或壓力缸等發(fā)動機零件等硬質(zhì)滑動部件的硬度提高而在其基材的表面上形成硬質(zhì)的碳膜的技術。
[0003]例如，在日本特開2014-122415號中，公開了在硬質(zhì)滑動部件的基材的表面上通過化學氣相成長法(CVD)等作為硬質(zhì)的碳膜而形成由硬度比基材高的類金剛石碳(DLC)構成的膜的技術。該DLC膜具有與基材的硬度相比顯著較高的硬度，內(nèi)部應力也較高，所以在將該DLC膜直接形成在基材表面上的情況下其硬度差即內(nèi)部應力差變大，有使兩者的緊貼性下降的問題。所以，在該先行技術中，公開了通過使DLC膜與基材之間夾設著由具有它們的中間的硬度的碳化鎢(WC)構成的中間層而使DLC膜的緊貼性提高的技術。
[0004]近年來，要求作為硬質(zhì)的碳膜而使用具有比DLC膜更高的硬度的ta-C膜。ta_C膜具有以碳原子的sp3結合為主體的構造，與以sp2結合為主體的DLC膜相比硬度非常高。
[0005]并且，該ta_C膜已知如果通過離子鍍層、即通過電弧離子鍍(Arc 1n Plating，以下稱作AIP)成膜，則與利用其他成膜方法(例如濺射)等的成膜相比硬度非常高。AIP是通過電弧放電而靶材料的一部分熔融、氣化而附著到工件表面上的成膜方法。
[0006]但是，通過AIP形成的ta-C膜由于硬度非常高，所以即使使由WC構成的中間層夾設在ta-C膜與基材之間，緊貼性的提高也較難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是鑒于上述那樣的情況而做出的，目的是提供一種能夠抑制包含ta-C的硬質(zhì)碳膜從基材剝離的硬質(zhì)滑動部件的制造方法。
[0008]本發(fā)明者為了解決上述課題而反復進行了專門研究，結果發(fā)現(xiàn)，在將包含ta-C的硬質(zhì)的碳膜在腔室內(nèi)用AIP形成的情況下，如果向該腔室內(nèi)導入碳氫化合物氣體，則碳氫化合物氣體中含有的氫原子(H)進入到碳原子間(C-C間)的結合之間，成為C-H-C結合，由此不再是ta-C本來的sp3結合，結果，生成的膜的硬度下降，能夠使碳膜與基材表面的硬度差(即應力差)變小而緊貼性變好。
[0009]所以，本發(fā)明者想到了以下方法:通過一邊減少碳氫化合物氣體的供給量一邊通過AIP形成碳膜，控制碳膜的內(nèi)部應力及硬度，以使形成的碳膜的硬度在基材表面低、隨著從基材遠離而該硬度變高，由此，在確保包含ta-C的碳膜的硬度的同時緊貼性良好地形成在基材表面上。
[0010]本發(fā)明是這樣做出的，提供一種用來制造硬質(zhì)滑動部件的制造方法，上述硬質(zhì)滑動部件具備基材和碳膜，上述碳膜形成在基材的表面上且具有比該基材的硬度高的硬度。該方法包括:表面處理工序，將上述基材的表面進行表面處理；和碳膜形成工序，通過使用包含碳的靶在腔室內(nèi)進行AIP，在上述基材的表面上形成上述碳膜；在上述碳膜形成工序中，通過一邊向上述腔室內(nèi)導入碳氫化合物氣體一邊進行AIP而開始上述碳膜的形成，然后，將該碳氫化合物氣體的導入量減少而繼續(xù)進行ΑΙΡ，至少在表面上形成ta-C。
[0011]根據(jù)該方法，通過AIP形成包含ta-C的硬質(zhì)的碳膜，并且在該AIP的初期的階段中，通過碳氫化合物氣體的導入，使氫與碳膜中的碳結合，由此能夠降低碳膜的硬度而使該碳膜與基材的硬度差變小。如果這樣硬度差變小，則能夠抑制包含ta-C的硬質(zhì)碳膜從基材剝離。并且，通過在碳膜的形成中減少碳氫化合物氣體，最終能夠得到至少在表面中包含硬質(zhì)的ta-C的碳膜。即，碳膜的氫含有量隨著從基材遠離而較少，從基材最遠離的部分包含硬質(zhì)的ta-C。結果，能夠在形成在表面包含ta-C的硬質(zhì)碳膜的同時，抑制該碳膜從基材剝離。
[0012]優(yōu)選的是，上述碳膜形成工序包括以下工序:一邊以向上述腔室內(nèi)的上述碳氫化合物氣體的導入量隨著時間的經(jīng)過逐漸減少的方式將該碳氫化合物氣體向上述腔室內(nèi)導入，一邊使用上述包含碳的靶進行AIP。
[0013]這樣使上述碳氫化合物氣體的導入量逐漸減少，能夠隨著碳膜的形成發(fā)展而將其硬度逐漸提高，由此，能夠進一步抑制碳膜的剝離。
[0014]優(yōu)選的是，上述碳膜形成工序包括以下工序:在將上述碳氫化合物氣體的導入停止后，也通過使用上述包含碳的靶繼續(xù)進行AIP來形成包含ta-C的表層。
[0015]根據(jù)該方法，能夠形成希望的厚度的包含ta-C的硬質(zhì)的表層。
[0016]上述碳氫化合物氣體優(yōu)選的是乙炔(C2H2)。如果作為碳氫化合物氣體而使用乙炔，則容易獲得，處置較容易。并且，氫成分因為使皮膜脆化而變脆，所以優(yōu)選的是盡可能較少，此外，在成膜速率的觀點看，碳較多是較好的，所以優(yōu)選的是選擇最符合這些條件的乙炔。
[0017]或者，上述碳氫化合物氣體也可以是甲烷(CH4)。在此情況下，也容易獲得，處置較容易。
[0018]優(yōu)選的是，上述表面處理工序包括在上述基材之上通過AIP形成基底層的工序。
[0019]根據(jù)該方法，能夠通過AIP工藝連續(xù)地形成基底層及碳膜，緊貼性進一步提高。
[0020]優(yōu)選的是，從形成上述基底層的工序馬上要結束之前起，一邊導入上述碳氫化合物氣體一邊開始上述碳膜形成工序。
[0021]這樣，通過從上述生成基底層的工序馬上要結束之前起一邊導入碳氫化合物氣體一邊開始碳膜形成工序，使基底層與碳膜的邊界部分處的內(nèi)部應力差變得更小(換言之，更加均勻化)，由此，基底層與碳膜的緊貼性進一步提高。
[0022]優(yōu)選的是，上述表面處理工序還包括以下的夾設層形成工序:在上述基底層之上通過AIP形成硬度比該基底層高且硬度比上述碳膜低的夾設層。
[0023]上述夾設層的存在能夠?qū)⑻寄づc基底層之間的應力進一步緩和。并且，能夠?qū)⒒讓印A設層及碳膜通過AIP工藝連續(xù)地形成，緊貼性提高。
[0024]優(yōu)選的是，上述表面處理工序是將上述基材的表面通過金屬轟擊進行處理的工序。
[0025]根據(jù)這樣的特征，通過用金屬轟擊將基材自身的表面改性，能夠使與碳膜的緊貼性提高。并且，通過金屬轟擊處理后的基材表面如基底層那樣從基材剝離的可能性較低。
[0026]如以上說明，根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)滑動部件的制造方法，能夠抑制包含ta-C的硬質(zhì)碳膜從基材剝離。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示通過本發(fā)明的硬質(zhì)滑動部件的制造方法制造的硬質(zhì)滑動部件的實施方式的放大剖視圖。
[0028]圖2是表示在本發(fā)明的硬質(zhì)滑動部件的制造方法中使用的成膜裝置的基本結構的平面圖。
[0029]圖3是表示本發(fā)明的硬質(zhì)滑動部件的制造方法的次序的流程圖。
[0030]圖4是表示有關本發(fā)明的實施方式的硬質(zhì)滑動部件的硬度試驗的結果的圖。
[0031]圖5是表示有關本發(fā)明的比較例的硬質(zhì)滑動部件的硬度試驗的結果的圖。
[0032]圖6是表示有關本發(fā)明的另一比較例的硬質(zhì)滑動部件的硬度試驗的結果的圖。
[0033]圖7是表示通過有關本發(fā)明的其他實施方式的硬質(zhì)滑動部件的制造方法制造的基底層與碳膜之間具有夾設層的硬質(zhì)滑動部件的放大剖視圖。
【具體實施方式】
[0034]以下，一邊參照附圖一邊對本發(fā)明的實施方式更詳細地說明。